(57)【要約】【課題】回転子における鉄損を大幅に低減することができると共に、磁石の保持に適した回転子コアを有し同期電動機に適用することができる回転電機を提供する。【解決手段】盤面中心を回転軸が貫通する円盤状の回転子コアに磁石を装着した回転子と、固定子コアの固定子ティース部に固定子巻線を巻回した固定子とを有し、回転子が固定子との間にエアギャップをもって回転可能に保持された回転電機において、テープ状の強磁性体である電磁鋼板２１を巻回することにより、電磁鋼板２１の重畳面に、重畳体内部に永久磁石１６を格納するための磁石挿入口である開口部２１ａが複数開口する回転子コア１５を形成した。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
盤面中心を回転軸が貫通する円盤状の回転子コアに磁石を装着した回転子と、固定子コアの固定子ティース部に固定子巻線を巻回した固定子とを有し、前記回転子が前記固定子との間にエアギャップをもって回転可能に保持された回転電機において、
テープ状の強磁性体を巻回することにより、前記強磁性体の重畳面に、重畳体内部に前記磁石を格納するための磁石挿入口が複数開口する前記回転子コアを形成した回転電機。
【請求項２】
前記回転子コアは、
前記磁石挿入口から挿入した前記磁石を埋設状態に格納する穴を複数有する請求項１に記載の回転電機。
【請求項３】
前記回転子コアは、
前記エアギャップに対向する面に開口すると共に開口幅が底面幅より狭い、前記磁石挿入口から挿入した前記磁石を埋設状態に格納する溝を複数有する請求項１に記載の回転電機。
【請求項４】
前記テープ状の強磁性体は、
テープ面に所定間隔で配置され巻回時に同一位置に重なる開口部を有する請求項２または３に記載の回転電機。
【請求項５】
前記回転子コアは、
前記強磁性体の重畳面を覆って前記磁石挿入口を封止するテープ状の強磁性体を有する請求項１〜４のいずれか一項に記載の回転電機。
【請求項６】
前記回転子は、
前記回転子コアの外周面に圧着する円環状の枠体を有する請求項１〜５のいずれか一項に記載の回転電機。
【請求項７】
前記枠体は、非磁性体からなる請求項６に記載の回転電機。
【請求項８】
前記磁石は、それぞれの着磁方向が前記固定子側で交差するように互いに傾斜配置された複数個で一つの極を形成する請求項１〜７のいずれか一項に記載の回転電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、回転電機に関し、特に、回転子に永久磁石を装着した構造を有し電動機或いは発電機として用いられる回転電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、回転子に永久磁石を装着した構造を有する回転電機が知られている。このような構造の回転電機は、損失が少なく効率も良く、その上、大きな出力が得られる等の理由により数多く使用されている。その中でも、回転子と固定子をアキシャル方向に配置したアキシャルギャップモータは、薄型化が可能であることから、モータのレイアウトに制限があるような場合に使用されている。例えば、「電動式動力ユニット、電動車両および電動二輪車」（特許文献１参照）では、オートバイの駆動用にアキシャルギャップモータを使用している。
【０００３】
この従来の回転電機の回転子は、例えば鋼板を積層した円盤状の回転子コアに複数の永久磁石を埋設して形成されているが、このような構成を有することにより、高回転時、積層した鋼板に発生する鉄損が大きくなるのが避けられず、効率の悪化をもたらすことになるので、高回転での使用が困難であった。また、その発熱により永久磁石が減磁してしまう虞もある。
【０００４】
そこで、テープ状の金属板を巻回して回転子コアを形成した「モータ」が知られている（特許文献２参照）。図６は、従来のモータの回転子を示す構成斜視図である。図６に示すように、この「モータ」は、テープ状の薄い電磁鋼板１を巻回して回転子コア２を形成し、そこに金属製の回転子導体３を嵌め込んで回転子を形成している。このような構造を有することで、回転子における鉄損を大幅に低減することができる。
【特許文献１】特開２００３−２２７７号公報
【特許文献２】特開２０００−１０２２２８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来の「モータ」の回転子は、回転子に磁石を持つ同期電動機として適していなかった。即ち、この回転子は、誘導電動機用であって磁石を備えることは想定しておらず、同期電動機に適用しようとしても、溝４は磁石の保持に適した形状ではないため、同期電動機に適用することができなかった。
この発明の目的は、回転子における鉄損を大幅に低減することができると共に、磁石の保持に適した回転子コアを有し同期電動機に適用することができる回転電機を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、この発明に係る回転電機は、盤面中心を回転軸が貫通する円盤状の回転子コアに磁石を装着した回転子と、固定子コアの固定子ティース部に固定子巻線を巻回した固定子とを有し、前記回転子が前記固定子との間にエアギャップをもって回転可能に保持された回転電機において、テープ状の強磁性体を巻回することにより、前記強磁性体の重畳面に、重畳体内部に前記磁石を格納するための磁石挿入口が複数開口する前記回転子コアを形成している。
【発明の効果】
【０００７】
この発明によれば、テープ状の強磁性体を巻回して回転子コアを形成し、その回転子コアには、巻回した強磁性体の重畳面に、重畳体内部に磁石を格納するための磁石挿入口が複数開口しているので、回転子における鉄損を大幅に低減することができると共に、磁石の保持に適した回転子コアを有し同期電動機に適用することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、この発明を実施するための最良の形態について図面を参照して説明する。
（第１実施の形態）
図１は、この発明の第１実施の形態に係る回転電機の軸方向断面による概略説明図である。図１に示すように、回転電機１０は、回転子１１、固定子１２、及びケース１３を有しており、回転子１１と固定子１２の各対向面が、回転軸１４の中心軸線方向に対し直交配置されたアキシャルギャップ型構造を有している。
【０００９】
回転子１１は、円盤状の回転子コア１５と、回転子コア１５に装着された複数の永久磁石１６を有しており、回転子コア１５の盤面中心を回転軸１４が貫通している。固定子１２は、強磁性体、例えば圧粉コアからなる固定子コア１７と、各固定子コア１７に巻き付けられた固定子巻線１８を有している。固定子コア１７は、円環状円盤からなるバックコア部１７ａと、バックコア部１７ａの表面に略等間隔互いに離間して突設された複数の固定子ティース部１７ｂからなり、固定子ティース部１７ｂに、絶縁体及び絶縁紙（図示しない）を介して固定子巻線１８が巻回されている。
【００１０】
ケース１３は、円筒状の外周ケース１３ａと、外周ケース１３ａの両端開口を塞ぐ一対のサイドケース１３ｂ，１３ｂを有しており、外周ケース１３ａと各サイドケース１３ｂは、例えば、ボルトとナットを用いて締め付け固定されている。一方のサイドケース１３ｂの外側には、回転軸１４の回転状態を検出する回転センサ１９が装着されている。
【００１１】
回転軸１４は、回転子コア１５の端面と固定子ティース部１７ｂの端面との対向面間にエアギャップ（隙間）ａを有するように、回転子１１を固定子１２に対向配置して、両サイドケース１３ｂ、１３ｂに、ベアリング２０を介して回転自在に保持されている。この回転軸１４を介して回転子１１の回転が外部に伝えられる。
【００１２】
図２は、図１の回転子コアの形成手順を示し、（ａ）は電磁鋼板を巻回した状態の斜視図、（ｂ）は磁石装着後の封止状態の斜視図である。図２に示すように、回転子コア１５を形成する場合、先ず、薄板の強磁性体、例えば、テープ状の電磁鋼板２１を巻回して重畳させ、テープ面である外周面に開口し盤体内部に永久磁石１６を埋設状態に格納する穴２２を複数個有する、肉厚の円盤体を形成する（ａ）参照）。
【００１３】
電磁鋼板２１には、テープ面に、穴２２の開口形状に相当する開口部２１ａが複数個形成されている。各開口部２１ａは、電磁鋼板２１を巻回した際に、開口部２１ａの位置が一致して外周面側から内周面側に連通する穴２２を形成するように、且つ、この穴２２が複数個、それぞれ周方向に略等間隔離間して形成されるように、配置されている。各穴２２には、回転子コア１５の外周面から、磁石挿入口である開口部２１ａから挿入された各永久磁石１６が埋め込まれて格納される。各穴２２に格納された複数の永久磁石１６は、それぞれ周方向に沿って略等間隔互いに離間すると共に、隣り合う同士の磁極が互いに異なって配置される。
【００１４】
各永久磁石１６を穴２２に埋め込んだ後、更に、テープ状の電磁鋼板２１の重畳面を覆うようにテープ状の電磁鋼板２３を巻き付けて、永久磁石１６を埋め込んだ穴２２の開口部２１ａを封止する。電磁鋼板２３は、開口部２１ａを形成していない電磁鋼板２１からなり、巻き付けた電磁鋼板２３の端部２３ａは、例えば溶接により或いは接着剤を用いて接合する（（ｂ）参照）。この電磁鋼板２３を回転子コア１５の最外周に装着し穴２２を封止することにより、回転子１１の回転時、永久磁石１６が穴２２から飛び出すのを防ぐことができる。
【００１５】
上述したように回転子１１と固定子１２を配置することにより、回転子１１は、固定子１２から与えられる回転磁束に対し永久磁石１６が発生させる反力によって、回転軸１４を中心に回転する。ここで、回転子１１と固定子１２の間にはエアギャップａが存在しており、両者が互いに接触することはない。
【００１６】
このように、回転電機１０は、薄板の強磁性体、例えばテープ状の電磁鋼板２１を巻回することにより、強磁性体の重畳面に、重畳体内部に永久磁石を格納するための挿入口が複数開口する回転子コア１５を形成しているので、回転子コア１５において生じる鉄損を大幅に低減することができ、また、従来の「モータ」の回転子コアに設けられた溝に比べ、より簡易に張力を向上させて巻回することが可能である。この結果、磁石の保持に適した回転子コアを有する磁石式アキシャルギャップモータの回転子を、容易に製作することができ、また、回転子コアの密度を高めて出力・トルクをより増大させることができる。
【００１７】
（第２実施の形態）
図３は、この発明の第２実施の形態に係る回転子の軸方向断面を周方向に展開した概略説明図である。図３に示すように、回転子３０は、穴２２に代えて溝３１を形成した回転子コア３２を有し、この溝３１に永久磁石３３を装着している。その他の構成及び作用は、回転電機１０と同様である。
【００１８】
溝３１は、回転子コア３２のエアギャップａに対向する面に開口すると共に、その開口幅が底面幅より狭く形成されており、回転子コア３２の外周面に開けられた挿入口から挿入した永久磁石３３を埋設状態に格納することができる。永久磁石３３は、溝３１に格納することができるように、溝３１の内部形状に合わせた略台形状の縦断面形状を有している。この溝３１は、回転子コア３２の盤体外周縁から盤体中心に向かう放射状に、且つ、周方向に互いに略等間隔離間して、複数個が配置されている。溝３１に格納された永久磁石３３は、隣接同士で方向が互いに逆向きになるように着磁される（図中、矢印参照）。
【００１９】
溝３１を形成する場合、穴２２を形成した開口部２１ａ（図２（ａ）参照）を、テープの一方の側縁を切り欠いた状態に形成する。これにより、電磁鋼板２１を巻回した際に、開口部２１ａの位置が一致して同一位置に重なり、回転子コア３２のエアギャップａに対向する面に開口する溝３１が形成される。
【００２０】
このように、エアギャップａ側に向けた盤体表面に開口部を有する溝３１を形成して、この溝３１に永久磁石３３を埋設したことにより、永久磁石３３の表面を固定子１２に近づけることができるので、永久磁石３３間の磁束の漏れを防止し、出力・トルクをより増大させることができる。加えて、溝３１のエアギャップａ側に向けた盤体表面の開口部を底面幅より狭くしたので、上記効果を得つつ、回転子３０の回転時に溝３１に格納された永久磁石３３の固定子１２側への飛び出しを防止することができる。
【００２１】
（第３実施の形態）
図４は、この発明の第３実施の形態に係る回転子の軸方向断面による概略説明図である。図４に示すように、回転子３５は、回転子コア３６の外周面に、円環状の枠体３７を装着している。その他の構成及び作用は、回転電機１０と同様である。
【００２２】
円環状の枠体３７は、回転子コア３６を形成する電磁鋼板とは別の部材、例えば、断面外形が円形や矩形の管体を円環状に連結して枠状にし、回転子コア３６の外周面に装着した際、外周面に圧着するように形成される。枠体３７を装着した回転子コア３６は、外形形状及び外径が回転子コア１５と略同じになる。このように、回転子コア３６の外周面に圧着する円環状の枠体３７を有することにより、回転子３５の強度を向上させると共に高回転化が可能になる。
【００２３】
また、枠体３７を非磁性体により形成することで、回転子コア３６外周部への磁束の漏れを防止することができるので、出力・トルクをより増大させることが可能となる。更に、枠体３７を永久磁石１６又は回転子コア３６よりも軽量な部材により形成することで、遠心力及びイナーシャを低減することができるので、強度をより向上させると共に、より高回転化・高応答化が可能になる。
【００２４】
（第４実施の形態）
図５は、この発明の第４実施の形態に係る回転子の軸方向断面を周方向に展開した概略説明図である。図５に示すように、回転子４０は、回転子コア４１に一極当り複数個の永久磁石４２を装着して形成している。その他の構成及び作用は、回転電機１０と同様である。
【００２５】
回転子コア４１は、２個の永久磁石４２，４２を埋設状態に格納する２個一組の穴４３ａ，４３ｂを有している。２個一組の穴４３ａ，４３ｂは、格納された２個一組の内の各永久磁石４２の着磁方向（図中、矢印参照）が回転子コア４１の盤面上方、即ち、固定子１２側で交差するように、互いに傾斜するＶ字状に配置されている。つまり、回転子コア４１は、この２個一組の穴４３ａ，４３ｂを穴２２に代えて複数組設けた他は、回転子コア１５と同様の構成を有している。なお、一極当りの永久磁石４２の個数は、２個に限るものではなく、３個或いは４個以上でも良く、これら複数の永久磁石４２は、上述したように着磁方向を傾けたＶ字形状に配置する。
【００２６】
このように、回転子コア４１に一極当り複数個一組の永久磁石４２を装着することで、リラクタンストルクによる出力・トルクをより増大させることができ、また、使用する永久磁石４２の小型化及び応力の分散化により、回転子４０の強度を向上させると共に高回転化が可能になる。
【００２７】
上述したように、この発明によれば、薄板の強磁性体を巻回して回転子コアを形成し、回転子コアに永久磁石を格納する穴或いは溝を設けたことにより、簡易に磁石式アキシャルギャップモータの回転子（ロータ）を製作することが可能になり、また、回転子コアの鉄損を低減することができ、更に、より張力をかけて巻回することで回転子コアの密度が向上するので、出力・トルクをより増大させることが可能である。これにより、回転子における鉄損を大幅に低減することができると共に、磁石の保持に適した回転子コアを有し同期電動機に適用することができる。
【００２８】
なお、上記実施の形態において説明した回転電機は、電動機或いは発電機の何れでも良い。また、強磁性体としては、電磁鋼板または一般鋼板に限るものではなく、アモルファス薄板でも良い。また、極数も、特定の数に限定されるものでもない。また、回転子及び固定子の数も、それぞれ１つに限らず、例えば回転子が２つで固定子が１つ、回転子が１つで固定子が２つ、或いは回転子が２つで固定子が２つ等、各々が１個或いは複数個の様々な数の組合せでも良い。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】この発明の第１実施の形態に係る回転電機の軸方向断面による概略説明図である。
【図２】図１の回転子コアの形成手順を示し、（ａ）は電磁鋼板を巻回した状態の斜視図、（ｂ）は磁石装着後の封止状態の斜視図である。
【図３】この発明の第２実施の形態に係る回転子の軸方向断面を周方向に展開した概略説明図である。
【図４】この発明の第３実施の形態に係る回転子の軸方向断面による概略説明図である。
【図５】この発明の第４実施の形態に係る回転子の軸方向断面を周方向に展開した概略説明図である。
【図６】従来のモータの回転子を示す構成斜視図である。
【符号の説明】
【００３０】
１０  回転電機
１１，３０，３５，４０  回転子
１２  固定子
１３  ケース
１３ａ  外周ケース
１３ｂ  サイドケース
１４  回転軸
１５，３２，４１  回転子コア
１６，３３，４２  永久磁石
１７  固定子コア
１７ａ  バックコア部
１７ｂ  固定子ティース部
１８  固定子巻線
１９  回転センサ
２０  ベアリング
２１，２３  電磁鋼板
２１ａ  開口部
２２，４３ａ，４３ｂ  穴
２３ａ  端部
３１  溝
３７  枠体
ａ  エアギャップ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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